Interruptores Pot._pruebas_Tesis IPN.pdf

7/21/2019 Interruptores Pot._pruebas_Tesis IPN.pdf

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA

MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL

ADOLFOLPEZ MATEOS

PRUEBAS ELECTRICAS DE CAMPO APLICABLESA INTERRUPTORES DE POTENCIA ESPECFICAMENTE A LOS DE GASHEXAFlUORURO DE AZUFRE (SF6) Y PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE

(P.V.A).

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TTULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A:

JULIO CESAR ARENAS RODRGUEZ

ASESORES:

M.C GILBERTO ENRIQUEZ HARPER

ING. ANASTACIO ONTIVEROS ORTEGA

MEXICO, D.F. 2011


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3/207

GR DECIMIENTO

AGRADESCO A MI PADRE EL SR. MARIO ARENAS BECERRA A MI MADRE LA Sra.

FELICITAS JULIA RODRIGUEZ NORIEGA POR TODO SU APOYO Y AMOR

INCONDICIONAL A LO LARGO DE MI VIDA ESTUDIANTIL Y LA MAS IMPORTANTE

COMO PERSONA EN LOS MOMENTOS DE TRISTEZA Y ALEGRIA POR AYUDARME A

LEBANTARME EN LOS TROPIEZOS QUE E TENIDO GRACIAS.

A MI AGUELITA MARIA GUADALUPE BECERRA PORQUE SIEMPRE A ESTADO CONMIGO

APOYANDOME.

A MIS HERMANOS NANCY Y MARIO QUE SIN SU APOYO NO UBIERA PODIDO

LOGRAR YEGAR A CUMPLIR ESTA META A MIS SOBRINOS ANA KREN, MARIANA,

BRANDON, CAMILA.

TAMBIEN QUIERO AGRADECERLE A ISABEL UNA PERSONA MUY ESPECIAL QUE DESDE

QUE LA CONOCI A CAMBIADO E INFLUENCIADO MI VIDA PARA CRECER Y DESEAR

LLEGAR CADAVEZ MAS ALTO T.Q.M

TAMBIEN QUIERO A GRADECER A MIS TIOS JUAQUIN, GATO Y RUSO POR SU APOYO

Y ENCEANZAS A MI PRIMO JUAQUIN POR SU APOYO Y HA TODA LA GENTE QUE

LABORA EN LA SUBESTACION TEXCOCO EN ESPECIAL AL PERSONAL DEL DEPTTO. DESUBESTACIONES A MI JEFE DE OFICINA EL ING. RODRIGO BARAJAS AREOLA POR SU

CONFIANZA Y APOYO INCONDICIONAL.

POR ULTIMO LE QUIERO AGRADESER EL APOYO A MIS ASESORES Y SINODALES PARA

PODER LOGRAR LA REALIZACION DE ESTE TRABAJO CON EL CUAL CUMPLO UNA DE

LAS METAS MAS IMPORTANTES DE MI VIDA Y EMPIEZO UNA NUEVA ETAPA EN LA

MISMA.

GRACIAS A TODOS LOS ANTES MENCIONADOS Y A TODAS LA PERSONAS QUE A LO

LARGO DEL CAMINO PARA LLEGAR A ESTE MOMENTO DE MI VIDA ME AN AYUDADO

DIRECTA O INDIRECTAMENTE PARA LOGRARLO GACIAS Y MUCHA SUERTE A TODOS.


4/207

I

Presentacin

A nivel mundial la electricidad es una de las palancas fundamentales para el desarrollo de lospases, Mxico no es la excepcin, el crecimiento del sector elctrico ha seguido una ruta paralelaal desarrollo y avance tecnolgico del pas, la demanda de la energa elctrica crece en formaexponencial con el transcurso del tiempo. Lo anterior ha obligado a la comisin federal deelectricidad, a construir lneas de alta tensin para el transporte de grandes bloques de energa, delas centrales generadoras hasta los centros de consumo; as mismo para hacer ms econmica y

eficiente su transformacin y distribucin se han construido subestaciones de potencia elevadorasy reductoras aprovechado las nuevas tecnologas.

El interruptor de potencia es uno de los elementos fundamentales en el sistema elctrico nacional,cuya funcin es asegurar el flujo continuo de corriente en condiciones normales de operacin, y enel caso de falla interrumpir dicho flujo aislando el elemento de falla y protegiendo al personal yresto del equipo.


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II

NDICE

PRESENTACIN I

NDICE IINDICE DE FIGURAS VIII

NDICE DE TABLAS XRESUMENJUSTIFICACION

XI

XII

OBJETIVO XIII

DESARROLLO XIII

CAPTULO 1INTRODUCCININTERRUPTORES DE POTENCIA 1

1.1 INTRODUCCIN 1

1.1.1 TAREAS FUNDAMENTALES EN LOS INTERRUPTORES DE POTENCIA 1

1.1.2 ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS PRINCIPALES DE LOS APARATOS DECORTE

1

1.1.3 PRINCIPIO DE OPERACIN 1

1.1.4 PROCESO DE CIERRE 1

1.1.5 PROCESO DE APERTURA 2

1.2 CARACTERSTICAS NOMINALES 2

1.2.1 TENSIN NOMINAL 3

1.2.3 CORRIENTE NOMINAL 41.2.4 FRECUENCIA NOMINAL 5

1.2.5 CORRIENTE NOMINAL DE CORTO CIRCUITO 5

1.2.6 SECUENCIA NOMINAL DE OPERACIN 5

1.2.7 TENSIN DE CONTROL DE LOS DISPOSITIVOS DE CIERRE, APERTURA YDE AUXILIARES. 6

1.2.8 PRESIN NOMINAL DEL MEDIO DE EXTINCIN 6

1.2.9 PRESIN NOMINAL DE ALARMA DEL MEDIO DE EXTINCIN 6

1.2.10 PRESIN NOMINAL DE BLOQUEO DE OPERACIN 7

1.2.11 VALOR DE CAPACITANCIA DEL CAPACITOR DE GRADIENTE 7

1.3 CLASIFICACIN DE LOS INTERRUPTORES 7

1.3.1 MEDIOS DE EXTINCIN 7

1.3.1.1 INTERRUPTORES EN AIRE 8

1.3.1.1.1 INTERRUPTORES DE SOPLO MAGNTICO 8


6/207

III

1.3.1.2 INTERRUPTORES EN ACEITE 8

1.3.1.2.1 INTERRUPTORES EN GRAN VOLUMEN DE ACEITE (GVA) 9

1.3.1.2.2 INTERRUPTORES EN PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE (PVA) 9

1.3.1.3 INTERRUPTORES DE SOPLO DE AIRE (NEUMTICO)11

1.3.1.4 INTERRUPTORES EN GAS HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6) 12

1.3.1.5 INTERRUPTOR EN VACO 15

1.3.2 MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO 16

1.3.2.1 RESORTE 16

1.3.2.2 NEUMTICO 17

1.3.3.3 HIDRULICO 17

1.3.3 TIPOS DE INTERRUPTOR POR SU AISLAMIENTO EN C MARAS DE

EXTINCIN

17

1.3.4 CONDICIONES DE OPERACIN 17

1.3.4.1 INTERRUPCIN DE CARGAS CAPACITIVAS 17

1.3.4.2 CORRIENTES DE INRUSH 18

1.3.4.3 INTERRUPCIN DE CORRIENTES INDUCTIVAS 18

1.3.4.4 INTERRUPTORES DE MQUINA Y/0 ENLACE DE SISTEMAS 19

1.3.4.5 LA FALLA EVOLUTIVA 19

1.3.4.6 COORDINACIN DE AISLAMIENTO 20

1.3.5 ALTITUD 20

1.3.6 CONTAMINACIN 201.3.7 SISMICIDAD 20

CAPTULO 2PRUEBAS ELCTRICAS A INTERRUPTORES DE POTENCIA 22

2.1 INTRODUCCIN. 22

2.2 PRUEBAS DE FBRICA. 22

2.2.1 BREVE DESCRIPCIN DE ALGUNAS PRUEBAS DE FBRICA. 22

2.3 PRUEBAS DE CAMPO. 24

CAPTULO 3MANTENIMIENTO A INTERRUPTORES DE POTENCIA 26

3.1 REQUISITOS PARA EL MANTENIMIENTO 26

3.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO. 26

3.2.1 EJECUCIN DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO 26


7/207

IV

3.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO. 27

3.3.1 EJECUCIN DEL MANTENIMIENTO CORRECTIVO 28

3.4 EQUIPO DE PRUEBA PARA LA EJECUCIN DE LAS PRUEBAS DE CAMPO 30

CAPTULO 4TEORA DE PRUEBAS DE CAMPO A INTERRUPTORES DEPOTENCIA

42

4.1 PRUEBA DE SINCRONISMO Y TIEMPOS DE OPERACIN DE INTERRUPTORES 42

4.1.1 OBJETIVO 42

4.1.2 DEFINICIONES 42

4.1.2.1 TIEMPOS DE APERTURA. 42

4.1.2.2 TIEMPO DE CIERRE 42

4.1.2.3 TIEMPO DE ARQUEO EN UN POLO 43

4.1.2.4 TIEMPO DE ARQUEO EN UN INTERRUPTOR 43

4.1.2.5 TIEMPO DE INTERRUPCIN 43

4.1.2.6 TIEMPOS DE CONEXIN. 43

4.1.2.7 CONTACTO 43

4.1.2.8 CONTACTOS PRINCIPALES 43

4.1.2.9 CONTACTOS DE ARQUEO 43

4.1.3 PRINCIPIO DE LA PRUEBA 44

4.1.4 EQUIPO DE PRUEBA 44

4.1.5 APLICACIN 45

4.1.5.1 RESISTENCIAS DE REINSERCIN 45

4.1.5.2 CAPACITORES DE MANDO 46

4.2 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS. 464.2.1 TEORA GENERAL. 464.2.2 M TODOS DE PRUEBA CON EL EQUIPO PARA MEDICI N DE FACTOR DEPOTENCIA.

46

4.2.3 FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA. 49

4.2.4 MTODO DE MEDICIN. 49

4.2.5 CONSIDERACIONES. 49

4.2.6 APLICACIONES DE PRUEBA 50

4.2.6.1 INTERRUPTORES 50

4.3 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. 50

4.3.1 TEORA GENERAL 50

4.3.2 FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA. 50

4.3.3 MTODOS DE MEDICIN. 51

4.4 PRUEBAS DE RESISTENCIA DE CONTACTOS 52


8/207

V

4.4.1 OBJETIVO 52

4.4.2 ALCANCE 52

4.4.3 TEORA GENERAL 52

4.4.4 DESCRIPCIN DEL PROCESO53

4.5 PRUEBAS AL ACEITE AISLANTE 54

4.5.1 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA O TENSIN DE RUPTURA. 54

4.5.2 RESISTIVIDAD DEL ACEITE. 54

4.5.2.1 TCNICA APLICADA. 55

4.5.3 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA. 55

4.5.3.1 PREPARACIONES DE LA MUESTRA. 55

4.5.3.2 RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA. 56

4.6 PRUEBAS FSICO-QUMICAS AL SF6 56

4.6.1 CON RESPECTO A LA FRECUENCIA DE REALIZACIN DE LAS PRUEBASPARA EL CONTROL DE CALIDAD DEL GAS SF6 EN SERVICIO, SE RECOMIENDAUTILIZAR EL SIGUIENTE CRITERIO:

57

4.6.2 LAS PRUEBAS QUE SE CONSIDERAN ADECUADAS PARA EVALUAR LASCARACTERSTICAS DEL SF6 EN SERVICIO 57

CAPTULO 5PROCEDIMIENTO Y REALIZACIN DE PRUEBAS DE CAMPO 58

5.1 RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS EL CTRICASAL EQUIPO PRIMARIO. 58

5.2 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA DE SINCRONISMO Y TIEMPOS DE OPERACINDE INTERRUPTORES SGP-A002-S 59

5.2.1 TIEMPO DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DE CIERRE Y APERTURA. 59

5.2.1 EQUIPOS DE PRUEBA.- 59

5.2.2 PRUEBAS NORMALES 60

5.2.3 RECOMENDACIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA. 61

5.2.4 CONEXIONES PARA REALIZAR LA PRUEBA. 61

5.2.5 IMPRESIN DE RESULTADOS POR EL EQUIPO DE PRUEBA 64

5.2.6 FORMATO DE PRUEBA 66

5.3 PROCEDIMIENTO PARA PRUEBAS DE FACTOR DE POTENCIA DEAISLAMIENTO EN EQUIPO ELCTRICO SGP-A003-S

67

5.3.1 FACTOR DE POTENCIA DEL AISLAMIENTO. 67



5.3.4 IMPRESIN DE RESULTADOS POR EL EQUIPO DE PRUEBA 70


9/207

VI

5.3.5 FORMATOS DE PRUEBA 71

5.4 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO AINTERRUPTORES DE POTENCIA

81



5.4.3 FORMATOS DE PRUEBA: 84

5.5 PROCEDIMIENTO PARA PRUEBAS DE RESISTENCIA DE CONTACTOS AINTERRUPTORES DE POTENCIA GGT-027

86

5.5.1 RESISTENCIA DE CONTACTOS. 86



5.5.4 IMPRESIN DE RESULTADOS POR MEDIO DEL EQUIPO DE PRUEBA 91

5.5.5 FORMATOS DE PRUEBA92

5.6 PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS AL ACEITE AISLANTE 945.6.1 PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA O TENSIN DE RUPTURA.RECOMENDACIONES Y PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA PRUEBA. 94

5.6.2 RESISTIVIDAD DEL ACEITE. PROCEDIMIENTO Y RECOMENDACIONESPARA REALIZAR LA PRUEBA. 95

5.6.3 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LAPRUEBA. 96

5.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS FSICO QUMICAS DE GAS SF6 98

5.7.1 PUNTO DE ROCO 98

5.7.1.1 DIAGRAMA DE CONEXIN 985.7.2 RIGIDEZ DIELCTRICA DEL SF6 99

5.7.3 ACIDEZ 99

5.7.4 CONTENIDO DE OXGENO 99

5.7.5 FLUORURO HIDROLIZABLE 99

5.7.6 SUBPRODUCTOS DE DESCOMPOSICIN 99

5.7.7 DIAGRAMA DE CONEXIN 100

CAPTULO 6INTERPRETACIN DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE

CAMPO A INTERRUPTORES DE POTENCIA101

6.1 PRUEBA DE SINCRONISMO Y TIEMPOS DE OPERACIN A INTERRUPTORESDE POTENCIA SGP-A002-S 101

6.1.1 INTERPRETACIN DE RESULTADOS. 101

6.1.2 VALORES DE PRUEBA 102

6.2 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A INTERRUPTORES DE POTENCIA SGP-A003-S 103


10/207

VII

6.2.1 INTERRUPTORES DE PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE 103

6.2.2 INTERRUPTORES EN HEXAFLUORURO SF6 103

6.3 INTERPRETACIN DE RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEAISLAMIENTO A INTERRUPTORES DE POTENCIA. 104

6.3.1 INTERPRETACI N DE RESULTADOS PARA LA EVALUACI N DELAISLAMIENTO. 104

6.4 RESISTENCIA DE CONTACTOS A INTERRUPTORES DE POTENCIA GGT-027. 104

6.4.1 INTERPRETACIN DE RESULTADOS. 104

6.5 PRUEBAS AL ACEITE AISLANTE 105

6.5.1 RESISTIVIDAD DEL ACEITE INTERPRETACIN DE RESULTADOS. 105

6.5.2 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA INTERPRETACIN DE RESULTADOS. 105

6.6 INTERPRETACI N DE RESULTADOS DE LA PRUEBAS F SICO QU MICAS DEGAS SF6 105

6.6.1 PUNTO DE ROCI 105

6.6.2 ACIDEZ 105

6.6.3 CONTENIDO DE OXGENO 105

6.6.4 FLUORURO HIDROLIZABLE 105

6.7 EJEMPLO DE LA IMPORTANCIA DE UNA ADECUADA INTERPRETACIN YCONOCIMIENTO DE LAS PRUEBAS ELCTRICAS APLICABLES A INTERRUPTORESDE POTENCIA

106

6.7.1 PRUEBAS DE RUTINA Y PROTOTIPO A INTERRUPTORES 1066.7.2 COMPARACIN DE PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO DE UNINTERRUPTOR DE POTENCIA MARCA SIEMENS MODELO 3AP2-FI-420REALIZADAS POR EL FABRICANTE SIEMES Y POR EL PERSONAL DEL DEPTTODE SUBESTACIONES DE LA SUBAREA DE TRANSMISIN Y TRANSFORMACINCENTRO SUBESTACIN TEXCOCO.

108

CONCLUSIONES 110

BIBLIOGRAFIA 113

ANEXO 1 GLOSARIOANEXO 2 PRUEBAS DE RUTINA Y PROTOTIPO A INT.DE POTENCIA.

114121

ANEXO 3 PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO A INT.SIEMENS MOD.3AP2-F1-420. 156

ANEXO 4 PROCEDIMIENTO PARA REEMPLAZO DE UN INT. DE POTENCIA. 182

ANEXO 5 DIAGRAMA GRAL. DE CAUSA-EFECTO DE FALLAS EN INT. 183ANEXO 6 INVENTARIO DE INTERRUPTORES DE POTENCIA.

186


11/207

VIII

NDICE DE FIGURASFIGURA 1.2.6 DIVERSOS COMPONENTES DEL TIEMPO DE OPERACIN DE UNINTERRUPTOR.

6

FIGURA 1.3.7 REGIONALIZACI N S SMICA DE LA REP BLICA.21

FIGURA 2.2.1 ONDA COMPLETA, 1.2 X 50 MICROSEGUNDOS. 23

FIGURA 3.4.1PROBADOR DE SINCRONISMO SIMULTANEIDAD DE CONTACTOS. 30

FIGURA 3.4.2 EQUIPO DE PRUEBA FACTOR DE POTENCIA. 31

FIGURA 3.4.3 FACTOR DE POTENCIA M41000. 32

FIGURA 3.4.4 FACTOR DE POTENCIA. 33

FIGURA 3.4.5MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. 34

FIGURA 3.4.6PROBADOR DE RESISTENCIAS DE CONTACTOS. 35

FIGURA 3.4.7PROBADOR DE RESISTENCIAS DE CONTACTOS. 36

FIGURA 3.4.8EQUIPO DE RIGIDEZ DIELCTRICA. 37

FIGURA 3.4.9EQUIPO AUXILIAR DEL F.P PARA PRUEBAS DE ACEITE. 38

FIGURA 3.4.10ANALIZADOR DE GAS SF6. 39

FIGURA 3.4.11ANALIZADOR DE GASES SF6. MARCA: DILO. 40

FIGURA 3.4.12MEDIDOR DE PUNTO DE ROCI. 41

FIGURA 4.1SECUENCIA DE EVENTOS DE OPERACIN DURANTE LA INTERRUPCIN

DE UNA FALLA DE CORTO CIRCUITO. 44

FIGURA 4.2A POSICIN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE- TIERRA. 47

FIGURA 4.2BPOSICIN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE-GUARDA. 47

FIGURA 4.2CPOSICIN DEL CABLE DE BAJO VOLTAJE UST 47

FIGURA 4.2.1TERMINAL DE ALTA TENSIN 48

FIGURA 4.4 LA RESISTENCIA QUE SE MIDE ES R, LA CORRIENTE QUE PASA POR LARESISTENCIA R ES DE I AMPERES Y ES MEDIDA POR EL AMPERMETRO ACONECTADO EN SERIE. LA CADA DE POTENCIAL A TRAVS DE LA RESISTENCIA R,LA MIDE EL VOLTMETRO V Y LA CORRIENTE TOMADA POR EL VOLTMETRO ES TANPEQUEA QUE SE PUEDE DESPRECIAR. 53

FIGURA 5.2.4.1PRUEBA DE TIEMPO DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DE CIERRE YAPERTURA EN INTERRUPTORES TIPO T.

61

FIGURA 5.2.4.2INTERRUPTORES DE PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE, GAS SF6 YCIRCUIT SWITCHES. PRUEBA DE TIEMPOS DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DECONTACTOS. 62


12/207

IX

FIGURA 5.2.4.3INTERRUPTORES MULTICAMARA PEQUE O VOLUMEN DE ACEITE OGAS SF6.PRUEBA DE TIEMPOS DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DE CONTACTOS.

63

FIGURA 5.3.3.1PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A INTERRUPTORES TIPO T. 68

FIGURA 5.3.3.2INTERRUPTORES DE PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE, GAS SF6 YCIRCUIT SWITCHER.PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA AL AISLAMIENTO. 69

LA FIGURA. 5.4.1SE MUESTRA EL DIAGRAMA ELCTRICO DE UN MEGGER. 81

LA FIGURA. 5.4.2SE MUESTRA LA FOTOGRAFA DE UN MEGGER MARCA AVO, QUEPUEDE APLICAR UNA TENSIN MXIMA DE HASTA 5 KV DE C.D. 81

FIGURA 5.4.2.1PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO A INTERRUPTOR TIPO T 82

FIGURA 5.4.2.2INTERRUPTORES DE BAJO VOLUMEN DE ACEITE, GAS SF6 Y CIRCUITSWITCHER.PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO. 83

FIGURA 5.5.3.1PRUEBA DE RESISTENCIA DE CONTACTOS A INTERRUPTOR TIPOT.

87

FIGURA 5.5.3.2INTERRUPTORES DE BAJO VOLUMEN DE ACEITE, GAS SF6 Y CIRCUITSWITCHERS PRUEBA DE RESISTENCIA DE CONTACTOS. 88

FIGURA 5.5.3.3INTERRUPTORES MULTICAMARA BAJO VOLUMEN DE ACEITE O GASSF6. PRUEBA DE RESISTENCIA DE CONTACTOS. 89

FIGURA 5.5.3.4INTERRUPTORES EN VACO O GAS SF6.PRUEBA DE RESISTENCIA DECONTACTOS. 90

FIGURA 5.6.2.1PRUEBA DE RESISTIVIDAD AL ACEITE AISLANTE. 96

FIGURA 5.6.3.1CELDA DE PRUEBAS PARA LQUIDOS AISLANTES. PRUEBA DEFACTOR DE POTENCIA AL ACEITE AISLANTE. 97

FIGURA 5.7.1.1PRUEBA DE PUNTO DE ROCI A INTERRUPTORES TIPO T 98

FIGURA 5.7.7.1 PRUEBA DE ANLISIS DE GAS SF6 A INTERRUPTORES TIPO T 100

LA FIGURA 6.1.1 (a)MUESTRA UNA GRFICA TPICA PARA ESTA PRUEBA TIEMPO DEAPERTURA. PRUEBA DE TIEMPOS DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DECONTACTOS. 101

LA FIGURA 6.1.1 (b)SE MUESTRA UNA GRFICA TPICA PARA ESTA PRUEBA.TIEMPO DE CIERRE. PRUEBA DE TIEMPOS DE OPERACIN Y SIMULTANEIDAD DECONTACTOS. 102

FIGURA 6.7.1PRUEBAS PROTOTIPO APLICADAS PARA LA COMPROBACIN DEDATOS NOMINALES DE UN INTERRUPTOR DE POTENCIA MODELO 3AP2-FI-420

MARCA SIEMENS. 108


13/207

X

NDICE DE TABLAS

TABLA 1.2.1 VOLTAJES NOMINALES Y VOLTAJES MXIMOS DE DISEO 3

4TABLA 1.2.3 VALORES RECOMENDADOS DE ELEVACIN DE TEMPERATURA DE LASPARTES CONDUCTORAS DEL INTERRUPTOR

6TABLA 1.2.7 Y 1.2.7(A) TENSIN A LA QUE OPERAN TODOS LOS ELEMENTOS

ASOCIADOS A LOS CIRCUITOS DE CIERRE Y APERTURA AS COMO LOS CONTACTORESQUE PERMITEN LAS FUNCIONES DE ALARMAS Y BLOQUEOS DE DICHAS MANIOBRAS.DICHOS VALORES ESTN NORMALIZADOS EN LA NRF-022-CFE-2002.

TABLA 1.3.3.1INDICNDOSE LAS CARACTERSTICAS FSICO, QUMICAS YDIELCTRICAS DEL ACEITE AISLANTE

11

14TABLA 1.3.1.7 CARACTERSTICAS FSICAS Y QUMICAS QUE DEBE CUMPLIR EL GASSF6 NUEVO, DE ACUERDO A LAS NORMAS INTERNACIONALES IEC-376 Y LA ASTM D2472-00.

20TABLA 1.3.6 DISTANCIA ESPECFICA MNIMA DE FUGA Y NIVEL DE CONTAMINACIN.

21TABLA 1.3.7NIVEL DE CLASIFICACIN SSMICA.

25TABLA 2.1PRUEBAS ELECTICAS APLICABLES A INTERRUPTORES DE POTENCIA.

29TABLA 3.1RECOMENDACIN DE PERIODICIDAD MXIMA DE MANTENIMIENTO A

INTERRUPTORES DE POTENCIA EN SF6 Y PVA EN M.T Y A.T.

49TABLA 4.2.5.1 VALORES DE FACTOR DE POTENCIA Y CONSTANTES DIELCTRICAS DEALGUNOS MATERIALES.

49TABLA 4.2.5.2VALORES DE FACTOR DE POTENCIA DE AISLAMIENTO DE ALGUNOSEQUIPOS, QUE SE HAN OBTENIDO COMO PROMEDIO DE DIVERSAS PRUEBASREALIZADAS.

107TABLA 6.7.1PRUEBAS DE RUTINA Y PROTOTIPO APLICABLES A INTERRUPTORES DEPOTENCIA.

109TABLA 6.7.2PRUEBAS DE PUESTA EN SERVICIO DE INTERRUPTOR DE POTENCIAMARCA SIEMENS MODELO 3APS2-F1-420.


14/207

XI

Resumen

En los sistemas elctricos de potencia, las subestaciones de distribucin son las instalaciones queinterconectan las lneas y de alta tensin a las redes de media tensin para el suministro deenerga elctrica a usuarios en alta, media y baja tensin.

El equipo primario de las subestaciones debe mantenerse en las mejores condiciones operativas,para reducir las probabilidades de falla; garantizando as, la continuidad del servicio.

Analizando lo anterior, es necesario que los trabajos de preparacin del equipo primario para supuesta en servicio y las actividades de mantenimiento sean de calidad, para evitar la salidaprematura del equipo en operacin.

El presente trabajo es de utilidad para el personal encargado del mantenimiento al equipo elctricoprimario, en especial para el ingeniero de subestaciones y tcnicos de mantenimiento, con lafinalidad de proporcionar los elementos fundamentales de informacin y apoyo en la manera de

efectuar y evaluar las pruebas.

Los resultados obtenidos en las pruebas, deben cumplir con los valores que se mencionan en elpresente procedimiento que sern la base para decidir si el equipo que se encuentra en operacinrequiere de mantenimiento o la puesta en servicio de un nuevo equipo es apropiado.

El procedimiento se ha elaborado aprovechando la experiencia del personal tcnico, e informacinque posee la comisin federal de electricidad en sus divisiones de distribucin.


15/207

XII

JUSTIFICACION

El presente trabajo es de utilidad para el personal encargado del mantenimiento al equipo elctricoprimario del cual el interruptor es parte esencial, en especial para el Ingeniero de subestaciones y

tcnicos de mantenimiento, con la finalidad de proporcionar los elementos fundamentales deinformacin y apoyo en la manera de efectuar y evaluar las pruebas.

El procedimiento se ha elaborado aprovechando la experiencia del personal tcnico, e informacinque posee la Comisin Federal de Electricidad en sus Divisiones de Distribucin.

ESPECIFICAMENTE DEL MANUAL DE INTERRUPTORES DE POTENCIA PUBLICADO POR LAGERENCIA DE SUBESTACIONES Y LINEAS DE YRANSMISION.MEXICO D.F., MARZO 2003.

CAPITULO 5 TIPOS DE INTERRUPTORES.

CAPITULO 7 TEORIA SOBRE PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO A INTERRUPTORES.

CAPITULO 8 MANTENIMIENTO.

CAPITULO 9 APLICACIONES PRCTICAS DE LOS INTERRUPTORES.

CAPITULO 11 PRUEBAS DE RUTINA Y PROTOTIPO A INTERRUPTORES.

ANEXO 2 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA.

Con base en los resultados obtenidos de pruebas realizadas al equipo elctrico, el personalresponsable del mantenimiento, tiene los argumentos suficientes para tomar la decisin deenergizar o retirar de servicio un equipo que requiera mantenimiento.


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XIII

Objetivo.

Unificar criterios sobre la forma de realizar pruebas de campo a los interruptores de potencia yproporcionar la informacin bsica para interpretar y evaluar resultados de las mismas;especficamente en los de hexafluoruro de azufre (SF6) y pequeo volumen de aceite (P.V.A).

Desarrollo.

El presente documento, describe en su primera parte, las generalidades del interruptor de potenciaas como del mantenimiento y los tipos de ste que se aplican al mismo; tambin, se describen en

forma breve, algunas de las principales pruebas de fbrica que se le realizan a este equipoelctrico primario para subestaciones.

El objeto principal, es exponer las pruebas de campo describiendo; su teora, aplicacin,recomendaciones para su ejecucin y las figuras de conexin de las mismas. Contiene tambin losformatos para registrar los resultados y proporcionar la informacin correspondiente para suevaluacin; las pruebas de campo son actividades dentro de los trabajos de mantenimiento ypuesta en servicio, que el personal lleva a cabo en forma peridica, con la finalidad de mantenerndices de confiabilidad y continuidad aceptables.


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1

CAPITULO 1

INTRODUCCININTERRUPTORES DE POTENCIA

1.1 INTRODUCCION

Los interruptores de potencia son dispositivos electromecnicos de conexin y desconexin, queconducen permanentemente e interrumpen corrientes en condiciones normales de operacin, y quetambin realizan estas funciones en condiciones anormales o de falla.

1.1.1TAREAS FUNDAMENTALES EN LOS INTERRUPTORES DE POTENCIA

Se requiere que cualquier interruptor, sin tomar en cuenta su aplicacin particular, efecte cuatrooperaciones fundamentales:

Cerrado, debe ser un conductor ideal. Abierto, debe ser un aislador ideal. Cerrado, deber ser capaz de interrumpir la corriente a que fue diseado, rpidamente y en

cualquier instante, sin producir sobretensiones peligrosas. Abierto, debe ser capaz de cerrar rpidamente en condiciones normales y/o de falla en

cualquier instante; sin producir sobretensiones peligrosas.

1.1.2 ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS PRINCIPALES DE LOS APARATOS DE CORTE

Los aparatos de conexin y desconexin tienen formas muy diversas, que dependen del trabajo quehan de cumplir, sin embargo, en todos ellos se pueden distinguir los elementos siguientes:

Circuito principal. Aislamiento. Gabinete de mando y de control. Mecanismo de accionamiento.

El circuito principal comprende los elementos que estn ensamblados a tensin nominal ybsicamente son: porcelanas de la cmara, contactos de potencia, contactos auxiliares de arqueo yboquillas en el caso de equipos de tanque muerto, de estas partes, unas son fijas y otras mviles yactualmente hay equipos con ambos contactos auxiliares de arqueo mviles.

1.1.3 PRINCIPIO DE OPERACION

De acuerdo con la secuencia de operacin de un interruptor, la operacin de cierre o de apertura delos contactos de que consta se realiza por medios mecnicos, que los mantiene unidos y asegurandoesta posicin mediante un dispositivo de enclavamiento, haciendo posible el flujo de la corrienteelctrica de uno a otro, a travs de uno o varios puntos de unin de dichos contactos.

1.1.4 PROCESO DE CIERRE

Los interruptores no slo deben de interrumpir, tambin deben cerrar el circuito. Esto puede ocasionarciertos problemas, particularmente si el interruptor cierra sobre un corto circuito.

Cuando el interruptor est abierto, aparece en sus terminales la tensin del sistema, a esta tensin sele denomina tensin de cierre. Al valor cresta mayor de la corriente que fluye al cerrar el interruptor sele llama "corriente de cierre".

La potencia de cierre es el producto de la tensin de cierre por la corriente de cierre.


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El tiempo de cierre de un interruptor, es el que transcurre desde el momento de energizarse la bobinade cierre hasta la conexin metlica de los contactos principales.

Durante el cierre, existen esfuerzos elctricos entre los contactos a medida que estos se acercan, de

manera que algunas veces pueden establecerse arcos de pre-encendido, ocasionando un desgasteadicional en el material de los contactos principales.

El caso ms crtico es cuando el interruptor tiene que cerrar durante un corto circuito. Ms crtico anes cuando dicho cierre se lleva a cabo en la mxima asimetra de la corriente de falla.

1.1.5 PROCESO DE APERTURA

Si estando cerrado el interruptor se desea interrumpir el circuito, se libera el mecanismo de apertura elcual permite que los contactos principales se separen con una cierta velocidad.

Al separarse los contactos, aparece entre ellos el arco elctrico.

Como se dijo anteriormente, lejos de ser indeseable el arco como lo es durante el cierre, aqu esimprescindible su presencia ya que cumple funciones de gran valor durante la interrupcin.

La potencia de corto circuito que el interruptor es capaz de interrumpir, est dada por el producto de lacorriente de corto circuito simtrica y la tensin de restablecimiento, un ciclo despus de lainterrupcin.

Generalmente se expresan los KA de corriente interruptiva nominal simtrica para indicar la capacidadde corto circuito del interruptor.El tiempo de interrupcin est dado desde el momento en que se energiza la bobina de apertura hastala extincin del arco elctrico.

Este tiempo consta de 2 partes: El tiempo propio desde la energizacin de la bobina de apertura hastala separacin metlica de contactos y el tiempo de extincin del arco.

Este tiempo se expresa ya sea en milisegundos o bien en ciclos para una frecuencia dada.Ya que el interruptor interacciona con el sistema elctrico en el cual ha sido instalado, debemencionarse que puede estar sometido a una amplia gama de corrientes que pueden tenercaractersticas, bien puramente capacitivas o bien puramente inductivas, o alguna combinacin destas.

El fabricante de interruptores ha de tomar en cuenta los diferentes efectos de las corrientes de fallapara un diseo adecuado del interruptor.

El perodo de transicin de conductor-aislador, vara desde algunos milisegundos hasta algunasdcimas de segundo, dependiendo de la corriente, el medio y sistema de extincin del arco, la longituddel arco, etc.

1.2 CARACTERISTICAS NOMINALES

Las condiciones de funcionamiento de los interruptores de potencia estn definidas por un ciertonmero de valores caractersticos, llamadas caractersticas nominales, porque son las que sirven paradenominarlos, y estn inscritas en la placa de datos.Las caractersticas nominales ms importantes de un interruptor son las que a continuacin seenumeran:

Tensin nominal. Corriente Nominal.


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Frecuencia nominal. Corriente nominal de corto circuito. Secuencia nominal de operacin. Tensin de control de los dispositivos de cierre y apertura (VCD).

Tensin de los circuitos auxiliares (VCA). Presin nominal del SF6 (Mpa). Presin nominal de alarma del SF6 (Mpa). Presin nominal de bloqueo de operacin. Valor de capacitancia del capacitor de gradiente.

1.2.1TENSION NOMINAL

Es el voltaje eficaz (R.M.S.) de operacin del sistema entre fases en volts a la frecuencia nominal.

En condiciones normales de operacin, el voltaje no es constante en ningn punto de la red, por lo quelos fabricantes deben garantizar la correcta operacin del interruptor al voltaje nominal mximo ovoltaje mximo de diseo, que por lo general es mayor que el voltaje nominal de operacin del

sistema.

El voltaje mximo de diseo de un interruptor es el mximo valor eficaz (R.M.S.) del voltaje entre fasespara el cual el interruptor est diseado y representa el lmite superior del voltaje del sistema al cual elinterruptor puede operar en forma continua.La Comisin Electrotcnica Internacional (IEC en ingles) recomienda la serie de tensiones expresadaen la tabla 1.2.1

VOLTAJE NOMINAL(KV),

VOLTAJE MAXIMO DE DISEO(KV)

2.2 2.2

4.16 4.16

13.8 15.5

23.0 24.6

34.5 38.0

69.0 72.5

115.0 123.0

138.0 145.0

161.0 170.0

230.0 245.0

400.0 420.0

VOLTAJES NOMINALES Y VOLTAJES MAXIMOS DE DISEOTABLA 1.2.1


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1.2.3 CORRIENTE NOMINALLa corriente nominal de un interruptor, es el valor eficaz (R.M.S.) de la corriente expresada en

amperes, para el cual est diseado y que es capaz de conducir continuamente a la frecuencianominal, sin exceder los valores recomendados de elevacin de temperatura de las partesconductoras del interruptor indicados en la siguiente tabla 1.2.3:

TABLA 1.2.3 VALORES RECOMENDADOS DE ELEVACIN DE TEMPERATURA

Notas de la tabla 1.2.3


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1.2.4 FRECUENCIA NOMINAL

La frecuencia nominal de un interruptor es la frecuencia de la red para la que el interruptor fue

diseado y a la que corresponden las otras caractersticas nominales.Se ha recomendado que la frecuencia nominal sea de 50 Hz o 60 Hz segn la norma IEC -56 -2; ennuestro pas a partir de 1976 se normaliz a 60 Hz.

1.2.5 CORRIENTE NOMINAL DE CORTO CIRCUITO

La corriente nominal de corto circuito de un interruptor se define como la mxima intensidad decorriente, medida en el instante en que se separan los contactos, que el interruptor puede cortar conun voltaje de recuperacin de frecuencia fundamental.

1.2.6 SECUENCIA NOMINAL DE OPERACION

La secuencia nominal de operacin de un interruptor de potencia consiste en una serie de operacionesde apertura (desconexin) y cierre (conexin) o ambas a la vez. Los tiempos asociados a lasmaniobras son de gran importancia, tanto desde el punto de estabilidad del sistema, como desde delas condiciones por calentamiento severo de los contactos. Mientras ms tarde el interruptor endespejar la corriente de falla, mayor ser el dao que la misma causar al sistema o as mismo.

La secuencia nominal de operacin de un interruptor es el nmero prescrito de operaciones unitarias aintervalos de tiempo establecidos. De acuerdo con las recomendaciones del IEC para el servicionominal de la operacin de interruptores cuya utilizacin no est especificada para autorrecierre, sepuede expresar como sigue:

A0.3segCA3minCA

Donde:

A = Operacin de apertura.C = Operacin de cierre.CA = Operacin de cierre seguida de una apertura.

El ciclo de operacin para los interruptores con recierre rpido es el siguiente:

A"0" - CA

"0" = (cero) representa el tiempo muerto del interruptor en ciclos.Los diversos componentes del tiempo de operacin del interruptor aparecen ilustrados en la sig. Figura1.2.6


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FIGURA 1.2.6 DIVERSOS COMPONENTES DEL TIEMPO DE OPERACIN DE UNINTERRUPTOR.

1.2.7 TENSION DE CONTROL DE LOS DISPOSITIVOS DE CIERRE, APERTURA Y DEAUXILIARES.

Es la tensin a la que operan todos los elementos asociados a los circuitos de cierre y apertura ascomo los contactores que permiten las funciones de alarmas y bloqueos de dichas maniobras. Dichosvalores estn normalizados en la NRF-022-CFE-2002 tabla num. 1.27 Y 1.2.7a.

Tensin nominal de

control VCD

Lmites de tensin VCD

Circuito de cierre Circuito de disparo Motor125 106-137 87-137 106-137250 212-275 175-275 212-275

TABLA 1.2.7

Tensin nominal Motor Universal Lmite de tensin VCA440 V, 3 fases, 60 Hz 394-484220V, 3 2 fases, 60 Hz 187-242127 V, 1 fase, 60 Hz 108-140

125 VCD y/o 127 V, 1 fase. 60Hz 108-140

TABLA 1.2.7A

1.2.8 PRESION NOMINAL DEL MEDIO DE EXTINCION

Es la presin nominal del interruptor que garantiza la rigidez dielctrica suficiente para realizar el ciclode operacin sin provocar deterioro en sus componentes de conduccin de corriente o condicionesanormales en la red a la que este conectado.

1.2.9 PRESION NOMINAL DE ALARMA DEL MEDIO DE EXTINCION


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Es la presin mnima necesaria para garantizar la operacin del interruptor pero que nos indica lanecesidad de realizar un mantenimiento correctivo con carcter de urgente para conservar laoperacin en trminos de confiabilidad y seguridad.

1.2.10 PRESION NOMINAL DE BLOQUEO DE OPERACINEs cuando en el interruptor se ha presentado la prdida del gas aislante SF6 y se tienen valores depresin que no garantizan la correcta operacin del equipo, para lo cual se tienen densmetros quedetectan este decremento e inhibe cualquier operacin del interruptor para evitar su autodestruccin.

1.2.11 VALOR DE CAPACITANCIA DEL CAPACITOR DE GRADIENTE

El valor de capacitancia del capacitor de gradiente en interruptores de 115 kv y mayores, tienen comofuncin distribuir proporcionalmente los campos elctricos y la diferencia de potencial en la cmara deinterrupcin en el momento de su operacin en equipos de dos o ms cmaras para evitar laposibilidad de reencendidos y sobreesfuerzos en su aislamiento; por lo tanto deber respetarse ymantenerse dicho valor de origen.

1.3 CLASIFICACION DE LOS INTERUPTORES

Los interruptores en general se pueden clasificar:

Por su medio de extincin.

Por su mecanismo de accionamiento, y

Tambin podemos encontrar clasificaciones por tensin, por su ubicacin dentro de la redelctrica, por su tecnologa en la cmara de extincin (Tanque vivo o tanque muerto) y por lageneracin de la cmara.

A continuacin se hace una descripcin por:

1.3.1 MEDIOS DE EXTINCION

El medio de extincin es aquel elemento del interruptor donde se desarrolla la dinmica del arcoelctrico, que se presenta al separarse mecnicamente los contactos.

Estas curvas dan una indicacin indirecta de los niveles de tensin en que se pueden emplear lasdiversas tcnicas, en particular se observa que el vaco tiene caractersticas ptimas hasta una ciertadistancia entre contactos despus de la cual no se incrementa la resistencia a la tensin de impulso;esto es uno de los factores por lo cual el voltaje nominal mximo de una cmara es de 56 KV quecorresponde de acuerdo con la IEC a una tensin de impulso de 170 KV.

Bsicamente existen cuatro formas de extincin del arco elctrico:

Alargamiento y enfriamiento del arco, aumentando gradualmente su resistencia, sin utilizar energaexterna, lo que reduce el valor de la corriente hasta que el arco se extingue.

Aprovechamiento de la energa desprendida por el arco elctrico para apagarlo.Utilizacin de energa exterior para soplar y apagar el arco.Utilizacin del vaco, en donde los contactos se dosifican con un vapor metlico que forme un arcocontrolable.


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Estas cuatro formas bsicas se presentan en diferentes medios de extincin, los cuales a continuacinse describen:

1.3.1.1 INTERRUPTORES EN AIREEl proceso de extincin del arco en los interruptores en aire, se basa en la desionizacin natural de losgases por una accin enfriadora que incrementa la resistencia del arco, esto se logra por el empleo delos mtodos siguientes:

Alargamiento del arco. Soplo magntico. Divisin del arco. Aumento de la rapidez de apertura. Constriccin del arco (Disminucin de la seccin transversal del arco)

Estos mtodos se aplican en los interruptores en aire como en el caso que a continuacin se describe:

1.3.1.1.1 INTERRUPTORES DE SOPLO MAGNETICO

En estos se utiliza la forma que se menciona en el inciso a del prrafo anterior. En este tipo, lacorriente que se va a interrumpir pasa a travs de bobinas conectadas en serie que se utilizan paracrear un campo magntico que impulsa al arco contra un laberinto de celdas de material aislante,generalmente cermica, donde el arco es alargado y enfriado hasta apagarse. Este tipo deinterruptores se fabricaron hasta tensiones de 34.5 KV, actualmente en desuso.

1.3.1.2 INTERRUPTORES EN ACEITE

Estos utilizan la forma descrita en el inciso b arriba mencionado, que consiste en utilizar la energa delarco para romper las molculas del aceite, liberando una notable cantidad de gas hidrgeno(proporcionalmente a la energa del arco), caracterizado por su elevada capacidad trmica y unaconstante de tiempo de desionizacin pequea; el fenmeno se ve reforzado por las elevadaspresiones que se alcanzan y que son del orden de 50 a 100 bar. El aceite se descomponeaproximadamente en 70% de H2 y 30% de C2H2 (ACETILENO), C2H4 (ETILENO), CH4 (METANO).

VENTAJAS DEL ACEITE

El aceite como medio de extincin del arco, tiene las siguientes ventajas:

Durante el arqueo, el aceite acta como productor de hidrgeno, gas que ayuda a enfriar yextinguir el arco.

Proveer el aislamiento de las partes vivas con respecto a tierra. Proporcionar el aislamiento entre los contactos despus de que el arco se ha extinguido.

DESVENTAJAS DEL ACEITE

El aceite como medio de extincin del arco, tiene las siguientes desventajas:

Es inflamable. Posibilidad de que se forme una mezcla explosiva con el aire. A causa de la descomposicin del aceite en el arco, produce partculas de carbn, condicin

que reduce su resistencia dielctrica. Por lo tanto, requiere regenerarse o cambiarseperidicamente, lo que eleva los costos de mantenimiento.


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El desarrollo de los interruptores de aceite ha evolucionado en tres etapas:1. Interruptores simples de interrupcin en aceite.2. Interruptores con cmaras de extincin.3. Interruptores en pequeo volumen de aceite.

1.3.1.2.1 INTERRUPTORES EN GRAN VOLUMEN DE ACEITE (GVA)

Los interruptores en aceite que generalmente se emplean en nuestras instalaciones son de este tipo.En estos, los gases que se producen durante el arqueo son confinados a volmenes mediante unacmara aislante, que circunda a los contactos. En consecuencia, pueden desarrollarse presionesmayores para forzar el aceite y el gas a travs del arco, y alrededor de l, para extinguirlo. Estaspequeas cmaras resistentes a presiones elevadas se conocen como cmaras para el control delarco o cmaras de extincin

Aparte de contribuir con su eficiencia a la interrupcin del arco, estas cmaras de extincin hanreducido considerablemente los riesgos de incendio. Con las mejoras en el diseo de las cmaras decontrol de arco, se han logrado grandes reducciones, tanto en la duracin del arco como en el tiempototal de interrupcin.

TIPOS DE CAMARAS DE EXTINCION

Ha habido un desarrollo continuo en los tipos de cmaras para el control del arco. A medida que elarco mismo desarrolla la presin necesaria para producir el soplo para su extincin, es de esperarseque aumente la presin al aumentar la corriente del arco. Debido al aumento de presin se produce unsoplo ms potente y una mayor resistencia elctrica por unidad de longitud de la trayectoria del arco;debido a esto, el voltaje transitorio de restablecimiento puede ser soportado por entrehierros mscortos entre los contactos mviles y fijos. En consecuencia, al aumentar la corriente, la extincin delarco se efecta con arcos cada vez ms cortos.

1.3.1.2.2 INTERRUPTORES EN PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE (PVA)

Si se disminuye el volumen del aceite aislante, sustituyndolo por un recipiente por fase de materialaislante y se limita el volumen de aceite al justamente preciso para llenar la cmara de extincin,tendremos al interruptor de pequeo volumen de aceite. Estos interruptores ocupan aproximadamenteel 2% de aceite de un interruptor de gran volumen de aceite para los mismos valores nominales devoltaje y capacidad interruptiva.

El desarrollo actual de este tipo de interruptor procede del perfeccionamiento de las cmaras decontrol del arco utilizadas en los interruptores en aceite.

Esencialmente, el interruptor de pequeo volumen de aceite consta por cada polo, de un vstagomvil de contacto que se introduce en el eje del contacto fijo; ambos contactos estn contenidos enuna cmara de extincin de material aislante.

Actualmente se utiliza la cmara de extincin por autosoplado, se denominan as, porque el propioarco elctrico suministra la energa necesaria para su extincin. Esta energa crece con la corrienteque se ha de interrumpir y su capacidad de ruptura lmite, est relacionada con su robustez mecnica.

En las cmaras de ruptura, el soplado puede ser longitudinal y transversal.


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INTERRUPTORES MULTICAMARA

Con el advenimiento de los interruptores de pequeo volumen de aceite, se facilit la construccin de

interruptores con un cierto nmero de contactos conectados en serie y operados en forma simultnea,es decir, se empez la construccin de cmaras de interrupcin en forma modular, lo que permiti elcrecimiento de las redes elctricas con el aumento de la capacidad y tensin en ellas, facilitando conello la generacin y transmisin de grandes bloques de energa a valores de tensin de 400 y hasta1000 KV.

El principio de la construccin de interruptores multicmara se basa en los mtodos tradicionales de laextincin del arco elctrico como son, la refrigeracin, el aumento de su longitud, divisin del arco; quetiene como objetivo el desionizar el espacio entre los contactos para lograr la interrupcin del arcoelctrico de manera que no se restablezca de nuevo.

Ahora bien, como ya se mencion al principio, al aumentar la tensin de la red aumentainevitablemente la separacin entre los contactos del interruptor.Debido a las limitaciones de orden mecnico que se tenan para obtener una rpida aceleracin de lamasa mvil del interruptor y la subsecuente desaceleracin de la misma para poder librarsatisfactoriamente una falla en la red, adems de las de orden elctrico, se recurri a la interrupcinmltiple para hacer frente a los requerimientos cada vez ms complejos de las redes, elseccionamiento simultneo del arco en varias cmaras.Cada polo tiene varias cmaras de interrupcin conectadas en serie, construidas en forma modular detal manera que puede disearse para operar a tensiones de 245, 420, 800 y hasta 1000 KV, con sloadicionar cmaras en serie.

Los interruptores multicmara tienen las siguientes ventajas:

1. El voltaje transitorio de restablecimiento se divide entre cierto nmero de cmaras de un mismopolo, por lo que slo aparece una fraccin de este a travs de cada una.

2. Cada cmara puede probarse separadamente a un voltaje menor que el del interruptor en conjunto(prueba por unidades).

3. La velocidad efectiva de alargamiento del arco aumenta en proporcin al nmero de cmaras.

4. Los arcos elctricos que se forman en las cmaras son ms pequeos que el que tendra el polocomo conjunto; facilitndose as el manejo y regulacin del mismo.

La interrupcin mltiple exige un reparto correcto de la tensin entre los espacios de ruptura en cadapolo del interruptor, de manera que cada cmara se vea sometida al mismo requerimiento dielctrico.Sin ella, la tensin transitoria no se distribuira uniformemente en todas las cmaras. La distribucin delpotencial en cada cmara se consigue conectndole en paralelo, capacitores de gradiente.

Cabe hacer mencin que los interruptores de potencia del tipo neumtico y de gas SF6, se encuentrandentro de los considerados multicmara.


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A continuacin aparece tabla No. 1.3.3.1 indicndose las caractersticas fsicas, qumicas y dielctricasdel aceite aislante:

TABLA 1.3.1.3 CARACTERSTICAS DEL ACEITE AISLANTE

1.3.1.3 INTERRUPTORES DE SOPLO DE AIRE (NEUMATICO)En estos se utiliza la forma descrita en inciso "C" arriba mencionado, que consiste en la utilizacin deenerga exterior para soplar y apagar el arco.

Todos los interruptores de soplo de aire siguen el principio de separar sus contactos en una corrientede aire que se establece al abrir una vlvula de soplado. El arco generalmente se sita con rapidez enun lugar central a travs de una boquilla en la que se mantiene a una longitud fija y se sujeta a unarrastre mximo que ejerce la corriente de aire.


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En los interruptores de soplo de aire o neumticos, adems de que utilizan la propiedad que tiene elaire comprimido para extinguir el arco al expandirse, tambin se le emplea para el mando de ellosmismos.

El corte del arco por aire comprimido puede utilizarse para todas las tensiones y para todas laspotencias de ruptura.

En todos los diseos de interruptores de soplo de aire el proceso de interrupcin se inicia con laformacin del arco entre dos contactos, y simultneamente con la apertura de una vlvula neumticaque permite un flujo turbulento de aire a alta presin que alarga la columna del arco, sometindola alos efectos de enfriamiento del flujo de aire.El aire comprimido arrastra al arco a travs de la tobera y sta ayuda a expulsar el aire caliente y losproductos del arqueo, hacia la atmsfera.

La extincin se efecta cuando se presenta el paso de la corriente por cero y cuando el flujo de airecomprimido aumenta rpidamente para restablecer la rigidez dielctrica entre los contactos y soportarel voltaje de restablecimiento. El crecimiento de la resistencia dielctrica es rpido y la presin del airetan alta, que el entre hierro final, ocasionado por la interposicin de la capa aislante de aire entre loscontactos, puede ser pequeo, lo que reduce el tamao del dispositivo. La energa suministrada parala extincin del arco se obtiene del aire a alta presin y es independiente de la corriente que se va ainterrumpir.

Ventajas de los interruptores de soplo de aire o neumticos:

No implican peligro de incendio Su operacin es muy rpida Son adecuados para el cierre rpido. Su capacidad de interrupcin es muy alta. La apertura de las lneas de transmisin sin carga o la de sistemas altamente capacitivos, no

presenta mucha dificultad. Se tiene muy fcil acceso a sus contactos.

Desventajas de los interruptores de soplo de aire o neumticos.

Requiere de la instalacin de un sistema completo de aire comprimido. Su construccin y montaje es mucho ms complicado derivado del elevado nmero de

componentes que lo integran Su costo es elevado tanto en su inversin inicial como en su mantenimiento. Requieren adiestramiento especializado para su mantenimiento. Son ms sensibles al RETTR (Rgimen de elevacin del voltaje transitorio de

restablecimiento).

NOTA: Por stas desventajas mencionadas esta tecnologa actualmente es obsoleta.

1.3.1.4 INTERRUPTORES EN GAS HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6)

En este tipo de interruptores tambin se utiliza la forma de extincin descrita en el prrafo arribamencionado C, es decir, que se utiliza la energa exterior para soplar y apagar el arco.

A partir de 1975, se instalan en nuestro pas los primeros interruptores que utilizan el gas SF6 comomedio de aislamiento y extintor de arcos elctricos. Hasta la fecha, este es el nico gas que posee laspropiedades fsicas, qumicas y dielctricas favorables para la extincin del arco elctrico, motivo por


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el cual se analizan brevemente sus propiedades ms sobresalientes:

PROPIEDADES FISICAS

El SF6 es aproximadamente cinco veces mas pesado que el aire (6.139Kg/m3) en condicionesnormales o estndar (760 torr, 20 C). El gas SF6 es inodoro, incoloro, no txico e incombustible ypasa directamente de la fase slida a la gaseosa; no existe en forma liquida sino es bajo presin. Enlas subestaciones encapsuladas y en los interruptores de potencia hay que tomar en cuenta latemperatura ambiente, ya que el gas sometido a presin (hasta 18 bars) este puede licuarse a partirde 10 C sobre cero.Puesto que su temperatura crtica es de -45.6 C, puede ser licuado por compresin a temperaturaambiente.

PROPIEDADES QUIMICAS

El SF6 es qumicamente estable hasta los 2000 C, condicin bajo la cual no reacciona conmetales, plsticos u otros materiales, normalmente utilizados en la construccin de losinterruptores.

A la temperatura del arco elctrico, el gas SF6 se descompone en fluoruros de azufre inferior,pero el grado de descomposicin es muy pequeo, que generalmente se recombinan paraformar SF6. Durante el paso del arco, se producen fluoruros metlicos, los cuales sedepositan como polvo blanco, pero debido a que poseen una gran rigidez dielctrica, nocausan perturbacin desde el punto de vista elctrico.

Los productos de descomposicin, reaccionan con el vapor de agua y el oxgeno, produciendocidos que reaccionan con los componentes de la cmara, por ejemplo con los contactos decobre-tungsteno, con el tefln de las toberas y empaquetaduras.

PROPIEDADES DIELECTRICAS

La rigidez dielctrica del SF6, a presin atmosfrica es ms del doble de la del aire.

La rigidez dielctrica es un 30% menor que la del aceite a presin atmosfrica, pero aumentarpidamente con el incremento de la presin.

El Hexafluoruro de azufre es un gas electronegativo, es decir, tiene la propiedad de capturar oabsorber electrones y formar iones negativos. En vista de la poca movilidad, es decir, energacintica insignificante de estos iones negativos, se puede afirmar que los electronescapturados dejan de participar en el proceso de ionizacin del medio. Es esta cualidadexcepcional del SF6, la que le otorga sus excelentes propiedades dielctricas y tambin sugran poder de extincin del arco, ya que su carcter electronegativo se mantiene aun atemperaturas muy elevadas (varios miles de K).

Tambin el SF6 tiene una caracterstica trmica favorable que es funcin de la temperatura,es decir, la conductividad trmica es baja, entre 3000 K y 7000 K, mientras que es altadebajo de 3000 K.


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Caractersticas Fsicas y Qumicas que debe cumplir el gas SF6 nuevo, de acuerdo a las Normasinternacionales IEC-376 y la ASTM D 2472-00.tabla 1.3.1.7

TABLA 1.3.1.7 CARACTERSTICAS DEL GAS SF6 DE ACUERDO A LA NORMA IEC-376 Y LANORMA ASTM 2472 D 2472-00

INTERRUPTORES EN GAS SF6 DE UNA PRESION (AUTOSOPLADO)

Como su nombre lo indica, estos interruptores utilizan una sola presin (por lo general de tres a sietebars). Algunas modalidades constructivas emplean con gran acierto el movimiento del contacto mvilpara crear una presin elevada y momentnea durante el proceso de la maniobra. El contacto mvil,en consecuencia, debe ser contemplado como un mbolo, el cual trata de aumentar la presin en sudesplazamiento dentro de la cmara de interrupcin.

Obsrvese que tanto al conectar como al desconectar el circuito, el interruptor generasimultneamente una mayor presin.

Estando el interruptor cerrado, por ejemplo, la presin es la misma dentro y fuera del mbolo (contactomvil). Al separar los contactos se forma un arco elctrico. Si la intensidad de corriente no es muy alta,basta slo el efecto desionizante del SF6 para lograr la desconexin al primer paso natural por cero dela corriente.

Este comportamiento se manifiesta muy frecuentemente en la desconexin de corrientes capacitivas einductivas como las que se presentan en lneas operando en vaco, en transformadores con muy pocacarga y reactores.

Si por el contrario, se trata de librar un corto circuito, el arco no logra extinguirse al primer paso natural

por cero de la corriente. Esto permite a los contactos seguir alejndose uno del otro, prolongando asal arco elctrico en el entre hierro. Al mismo tiempo, la presin va aumentando hasta alcanzar valoresconsiderables. Despus del segundo paso natural por cero de la corriente, y dependiendo del valormomentneo de la tensin de recuperacin o restablecimiento (du/dt), el aumento de presin que seproduce por el desplazamiento del contacto mvil logra extinguir el arco.

En su diseo y concepcin bsica, el interruptor en SF6 se ha basado mucho en los interruptores depequeo volumen de aceite tratados anteriormente. De all que los mecanismos de accionamiento,conexin en serie de varias cmaras, etc., denoten gran cantidad de caractersticas en comn.


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Al igual que en otros Interruptores de Potencia, la adecuada reparticin o distribucin de la tensin encada una de las cmaras, al tener varias conectadas en serie, se obliga con la ayuda de capacitoresde gradiente en paralelo, conectados exteriormente a los elementos modulares.

El interruptor en SF6, tipo monopresin, se emplea satisfactoriamente hasta tensiones de 525 KV. Enlas subestaciones encapsuladas se le usa en forma exclusiva.

1.3.1.5 INTERRUPTOR EN VACIO

Los interruptores al vaco utilizan como medio de extincin un vaco de hasta 10-5 Torr (Torr = 1mmHg), en el cual no se puede formar un plasma debido a la ausencia de los tomos que serequieren para la ionizacin. Si bien hoy en da resulta fcil crear un vaco elevado, obligando unaseparacin mnima de los contactos, el interruptor al vaco ha tenido una serie de dificultades tcnicas.

As, por ejemplo, al disminuir la separacin entre los contactos el tiempo de desconexin de lacorriente tambin se hace mnimo. Esto conlleva a un aumento muy peligroso del diferencial di/dt.

Pudiendo operar totalmente libre de arcos elctricos, debido a la citada ausencia de materia (tomos),los contactos del interruptor al vaco se dosifican en la prctica con un vapor metlico, de manera quedurante su operacin se forme un arco elctrico controlable.

El arco en cuestin se forma nicamente en este vapor metlico, producto de la separacin de loscontactos, para difundirse luego en forma radial. Esto evita un reencendido del arco despus delpaso natural por cero de la corriente.

En un envase de vidrio se encuentran alojados los contactos, uno de ellos fijo y el otro mvil. Esteltimo se mueve dentro de un fuelle, de manera que el vaco se mantenga dentro de sus valoresnominales. Segn se mencion antes, la presencia del arco se debe nicamente al vapor metlico, elcual es sometido a un proceso de ionizacin. Desde un punto de vista operacional, este vapor metlicoresulta ser la caracterstica ms relevante de este interruptor, ya que su dispersin controlada regula laintensidad de corriente del propio arco, evitando que por exceso se produzca un reencendido o en su

defecto una elevada sobretensin.

Es decir, si la dosificacin de vapor metlico es muy elevada, el arco se reenciende despus del pasonatural por cero de la corriente, y si, por el contrario, es muy baja, entonces ocurre una extincinprematura, la cual puede engendrar sobretensiones muy peligrosas.

El control de este vapor metlico es en realidad la esencia del interruptor, de all que haya demandadouna investigacin muy exigente y prolongada, y por dems costosa. Entre las medidas adoptadasconstructivamente destacan las siguientes:

1. Uso de materiales especiales para los contactos, de manera que generen los vapores metlicosnecesarios para mantener al arco en un valor lo ms bajo posible.

2. Empleo de pantallas metlicas (sputter shield) que permitan un enfriamiento sbito y comoconsecuencia la condensacin del vapor metlico.

3. Hermetismo absoluto en la cmara de interrupcin, de manera que el vaco se mantenga.

Los materiales que se empleen como contactos deben poseer gran pureza (inferior a 1:107) ygarantizar, al mismo tiempo, que no se soldarn mutuamente a pesar de no contener partculasextraas. Este tipo de interruptor presenta, debido a la mnima separacin de sus contactos, unatensin de arco ub y un contenido energtico del mismo muy pequeos, en especial si se le compara


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con otros interruptores convencionales.Entre las ventajas ms sobresalientes del interruptor al vaco figuran las siguientes:

1.- Recuperacin dielctrica muy elevada, lo cual le capacita para desconectar fallas muy severas.

2.- Larga vida sin mantenimiento, debido al hermetismo de la cmara de interrupcin

En vista de que se ha mencionado en repetidas ocasiones que la separacin de los contactos en elinterruptor al vaco es mnima.

1.3.2 MECANISMOS DE ACCIONAMIENTO

Mecanismo de accionamiento de un interruptor, se considera al conjunto de elementoselectromecnicos que permiten almacenar y disponer energa, til para transmitir un movimiento,logrando posiciones finales de los contactos de potencia, ya sea abiertos o cerrados dentro de valoresde tiempo de maniobra especificados, que favorezcan la operacin correcta del equipo. Acontinuacin se relacionan los actualmente conocidos:

Resorte.

Neumtico.

Hidrulico.

Gas dinmico y combinaciones posibles entre ellos.

1.3.2.1 RESORTE

El accionamiento a base de resorte de un interruptor de potencia contiene los siguientes elementos

Fuente de energa, a travs de motor elctrico en sistema reductor de velocidad formado por corona ytornillo sin fin.

Acumulador de energa a base de resortes.

Dos mecanismos, uno de cierre y otro de apertura. Que retienen la energa proporcionada por losresortes automticamente y la liberan a voluntad, bien por control local manual, bien a distancia,elctricamente mediante electroimanes.

Elemento amortiguador, hidrulico generalmente que despus de las maniobras del interruptorabsorbe la energa sobrante, producto de la inercia de los resortes.

Elemento de proteccin y control mecnico que impiden maniobras falsas, tales como maniobra decierre durante el perodo de tensado de los resortes de mando, lmites de carrera de tensado de losresortes, inversin de giro de la manivela cuando se desea tensar el resorte manualmente.

Tambin cuenta con elementos que automticamente obligan de nuevo al tensado del resorte (pormotor) inmediatamente despus del cierre del interruptor, dejando el mando dispuesto en pocossegundos para realizar una maniobra de cierre.


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Elementos de sealizacin pticos de las posiciones del interruptor y los resortes.

1.3.2.2 NEUMATICO

Las partes principales de un sistema de accionamiento neumtico son las siguientes:

Fuente de energa formada por un grupo motor-compresor. Depsito de almacenamiento de aire comprimido. Conjunto principal de accionamiento: vlvulas de accionamiento, vlvulas de conexin,

vlvulas de desconexin, mbolo de accionamiento, etc. Electroimanes de conexin y desconexin. Elementos de control y proteccin para la operacin integral del interruptor. Elementos para sealizacin de posicin del interruptor.

1.3.3.3 HIDRAULICO

Un sistema de accionamiento hidrulico consta de los siguientes elementos:

Cilindro de doble efecto diferencial (2), en el cual el lado de menor superficie est de manerapermanente en comunicacin con el acumulador de energa (1).

Fuente de energa compuesta por grupo moto-bomba hidrulica (4). Acumulador de energa. Vlvula principal de conmutacin para control de la posicin del interruptor. Conjunto de electroimanes de cierre y disparo Y1, Y2 / Y3. Recipiente en aceite. Sistema de control y proteccin del accionamiento hidrulico, as como para la integridad

misma del interruptor. Sealizadores pticos de la posicin del interruptor.

1.3.3 TIPOS DE INTERRUPTOR POR SU AISLAMIENTO EN CAMARAS DE EXTINCION

Los interruptores de potencia tambin los clasificamos de acuerdo a la localizacin de las cmaras deinterrupcin con respecto al potencial a tierra:

Tanque muerto. En estos interruptores las cmaras de extincin se encuentran contenidas enun recipiente que se encuentra firmemente aterrizado, habiendo entre ste ltimo y aquellasun medio aislante. Por ejemplo: Interruptores de gran volumen de aceite e interruptores congas SF6.

Tanque vivo. En estos interruptores las cmaras se encuentran soportadas en columnasaislantes y dichas columnas quedan separando la parte energizada del potencial a tierra.

1.3.4 CONDICIONES DE OPERACION

1.3.4.1 INTERRUPCION DE CARGAS CAPACITIVAS

La interrupcin de corrientes capacitivas, puede ser una tarea difcil para los interruptores. Talescorrientes pueden ser provocadas por: La carga de una lnea larga o cable en vaco o la corriente decarga esttica de un banco de capacitores, teniendo en la mayora de los casos un valor mximo deunos cientos de amperes.


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La corriente capacitiva es esencialmente interrumpida muy cerca del paso por cero de la misma,enseguida de que se separan los contactos del interruptor. Despus de la interrupcin, a la frecuencianominal del voltaje alterno sobre el lado de la fuente, aparece en el interruptor una tensin derestablecimiento entre los contactos del mismo, el cual uno y medio ciclo despus de la interrupcin

puede alcanzar valores de 2 a 3 veces el voltaje pico nominal de lnea a tierra. Un rompimiento deldielctrico entre los contactos durante este intervalo puede producir sobre voltajes transitorios.

Al cierre, el transitorio de las corrientes de carga es causado por el traslape de las corrientes quevienen de la red y de las corrientes de descarga de las capacitancias lado fuente.

Las corrientes transitorias de energizacin pueden tener amplitudes y frecuencias extremadamentealtas y en algunos casos el valor de la potencia al cierre puede ser excedida. Debido a la altaoscilacin de la frecuencia y a una larga duracin del arco (antes de la conduccin galvnica), elprimer pico de corriente puede ocurrir antes de que los contactos hayan cerrado. Los esfuerzosdinmicos debidos al arco antes del contacto galvnico pueden ser considerables.

A la apertura, la tensin de restablecimiento entre contactos es causada por la diferencia entre losvoltajes de la fuente y la capacitancia desconectada.

1.3.4.2 CORRIENTES DE INRUSH

La energizacin de un banco de capacitores por cierre de un interruptor, produce una corriente deInrush la cual est en funcin del voltaje aplicado, de la capacitancia del circuito, de los valores ylocalizacin de las reactancias en el mismo, de las cargas sobre los capacitores al tiempo que escerrado el circuito y del amortiguamiento del transitorio en la interrupcin.

El clculo de las corrientes de Inrush es usualmente hecho sobre la base de que el banco decapacitores esta descargado (primera energizacin), que el circuito es cerrado a un tiempo en el cualproduce la mxima corriente de Inrush.

La corriente de Inrush puede ser calculada conociendo las impedancias de la red.

1.3.4.3 INTERRUPCION DE CORRIENTES INDUCTIVAS

El trmino de corrientes inductivas incluye todas las corrientes que no exceden los rangos de corrienteque los interruptores absorben por carga inductiva, la cual puede causar el fenmeno conocido comocorriente de interrupcin prematura (chopping) y reigniciones mltiples durante la interrupcin, queconsecuentemente darn picos de sobrevoltajes y elevadas frecuencias.

Los mejores ejemplos conocidos de pequeas corrientes inductivas son las siguientes:

Corrientes magnetizantes de transformadores sin carga. Corrientes de carga de motores de induccin y reactores shunt (Por ejemplo en reactores para

la compensacin de reactivos en el sistema) Corrientes de carga de transformadores que alimentan a reactores shunt.

Este grupo no incluye por otra parte, las corrientes de cortocircuito limitados por transformadores quetienen valores ms bajos que la corriente normal de cortocircuito. Estas corrientes no causan altossobrevoltajes como resultado de las corrientes de interrupcin. El fenmeno de esta corriente continasiendo estudiado con gran cuidado, pero definitivamente todava no se han obtenido resultadossatisfactorios que permitan elaborar procedimientos de prueba.


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Cuando un interruptor abre un circuito con corriente magnetizante de un transformador (sin carga), unreactor en derivacin o la corriente absorbida por un motor de induccin en vaco, puede ocasionarvoltajes extremadamente altos sobre el interruptor lado carga. Estos sobrevoltajes pueden algunasveces generar descargas, las cuales si ocurren sobre los aislamientos pueden provocar deterioro del

aislamiento o falla permanente, la que aparecer en las subsecuentes maniobras de cierre.1.3.4.4 INTERRUPTORES DE MAQUINA Y/0 ENLACE DE SISTEMAS

Un importante requerimiento de un interruptor a considerar en el diseo, es que debe ser tomado encuenta que existe la posibilidad de cerrar bajo condiciones de asincrona entre unidades generadorasy/o sistemas. En el supuesto caso que un interruptor haya cerrado fuera de sincronismo, alpresentarse el disparo inmediato, se produce una alta tensin de restablecimiento a travs de loscontactos del interruptor la cual es mucho mayor que bajo las condiciones de cortocircuito y losesfuerzos son ms severos en este caso que un disparo por cortocircuito.

La magnitud de la tensin de restablecimiento depende del ngulo de fase entre los voltajes internosde las fuentes en el instante de apertura y tambin del mtodo de aterrizamiento del neutro delsistema de potencia.

Con las modernas protecciones rpidas, el disparo normalmente se efecta mientras eldesplazamiento del ngulo entre las dos fuentes es pequeo, pero con formas lentas de proteccin,por ejemplo: en algunos tipos de proteccin de respaldo, el ngulo al cual se efecta el disparo puedeser grande. Por consiguiente, si no se efecta ninguna previsin especial en relacin a la apertura conel desplazamiento de las fases, se puede suponer que el interruptor puede abrir a cualquier ngulo defase.La peor condicin en un sistema slidamente aterrizado ocurre cuando el ngulo de apertura entre lasdos fuentes es de 180 . Figura 4.11a. La tensin de restablecimiento tiene entonces un valor mximode alrededor del doble del voltaje entre fases.

El efecto Ferranti puede incrementar este valor si el interruptor esta instalado en una subestacin queest localizada en el punto medio de la red. La figura 4.11b muestra las condiciones de un sistema con

neutro aislado y una tensin mxima de restablecimiento de alrededor de tres veces el voltaje entrefases, esto sucede cuando se intenta sincronizar dos sistemas fuera de secuencia. En la figura 4.11cse muestra un sistema aterrizado a travs de una bobina de Pe tersen y actualmente se utilizantransformadores de distribucin.

1.3.4.5 LA FALLA EVOLUTIVA

Este tipo de falla es particularmente frecuente en las redes altamente interconectadas,Consideraremos los dos interruptores CB1 y CB2 al inicio y al final de una lnea que interconecta dossubestaciones, la primera de las cuales es relativamente de mayor capacidad.

En el caso de una falla en la lnea, como se representa en la figura 1.3.4.5.1, el interruptor CB1 abrirprimero la falla, teniendo en cuenta que la corriente I ser seguramente la ms grande, ya que la falla

est ms cerca de la subestacin A.

El interruptor CB2 iniciar la apertura de la falla con una corriente I2, que ser prcticamente la mismaque I3 que proviene del resto de la red. Al instante de la interrupcin de CB1, se tiene un reacomodode las corrientes de cortocircuito y aparecer una corriente I3* diferente de I3 formada por laaportacin de corrientes que formaban a I1, slo que invertido su flujo hacia la subestacin B. Elinterruptor CB2, por lo tanto inicia la interrupcin con una corriente I2. Este es un esfuerzo muy severopara el interruptor. En caso de un recierre con falla, el interruptor CB1, encontrar abierto alinterruptor CB2, por consiguiente, la corriente de falla ser mayor a la I1 inicial, la cual provocar un


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esfuerzo mayor muy peligroso para el interruptor.

1.3.4.6 COORDINACION DE AISLAMIENTO

Las magnitudes de los sobretensiones por maniobra y/o por impulso de rayo, definen el nivel deaislamiento del interruptor (Ver tabla 1 de la NRF-022-CFE-2002), y este debe de estar coordinado conel nivel de aislamiento del resto del equipo.Los interruptores se disean con la misma capacidad de aguante a travs del interruptor abierto y enposicin de cerrado respecto a tierra.

En los sistemas menores de 400KV, el valor de sobretensin ms importante es el de impulso porrayo.

1.3.5 ALTITUD

Los interruptores se disean para operar a altitudes hasta de 1000 msnm. (3300 pies). Para altitudessuperiores a este nivel, se deben aplicar factores de correccin de acuerdo al mximo voltaje nominaly los valores de aislamiento de aguante al impulso (Ver tabla 1 de la NRF-022-CFE-2002).

1.3.6 CONTAMINACION

Las condiciones ambientales en las que va a operar un interruptor de potencia, determinan la distanciade fuga del aislamiento externo; dicha distancia es afectada por los contaminantes que se depositansobre la superficie externa del aislamiento. Estos contaminantes pueden ser sales minerales yresiduos industriales, los cuales combinados con la humedad favorecen la aparicin de las corrientesde fuga. Ver tabla 1.3.6 de la NRF-022-CFE-2002.

1.3.7 SISMICIDAD

En la actualidad hay un inters creciente en los aspectos ssmicos de los interruptores de potencia,


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debido a los sismos y terremotos que se han presentado en diferentes partes del mundo y que handaado instalaciones elctricas muy importantes. Adicionalmente, los requerimientos de seguridadpara instalaciones generadoras nucleares han dado como resultado una atencin especial a estetpico.

La CFE en coordinacin con la UNAM ha realizado pruebas de laboratorio a interruptores de potenciapara determinar cul es su resistencia a la aceleracin horizontal, para lo cual ha simulado sismos delas intensidades con que se presentan en nuestro pas. A continuacin se muestra la zonificacinssmica de la repblica mexicana:En las adquisiciones e instalaciones recientes, la CFE ha estado especificando equipos con unacapacidad de aguante de la aceleracin horizontal mnima de 0.3g, y para instalaciones ubicadas en laZona D, es de 0.5g.

Por principio, el Interruptor, debe estar diseado para soportar los efectos de las oscilacionesgeneradas por los movimientos telricos. Sin embargo, con el objetivo de solucionar esta problemticaen Interruptores que ya se encuentran en servicio, los fabricantes de interruptores han desarrolladodispositivos antissmicos, han incrementado la resistencia mecnica algunos componentesestructurales. La situacin, es ms grave en Interruptores que operaran a niveles de Tensinsuperiores a los 230 kv, por el dimensionado de sus aisladores soporte.

TABLA 1.3.7a NIVEL DE CASIFICACION SISMICA


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CAPITULO 2

PRUEBAS ELECTRICAS A INTERRUPTORES DE POTENCIA

2.1 INTRODUCCIN.

Las pruebas elctricas son la base principal para verificar y apoyar los criterios de aceptacin opara analizar los efectos, cuando sucedan cambios o variaciones con respecto a los valoresiniciales de puesta en servicio o de la ltima prueba.

Se consideran pruebas elctricas, aquellas que determinan las condiciones en que se encuentra elequipo elctrico, para determinar sus parmetros elctricos de operacin.

Al final de este capitulo, en la tabla 2.1 se relacionan las pruebas aplicables a cada equipo enparticular.

2.2 PRUEBAS DE FBRICA.

Las pruebas de fbrica se clasifican en 3 grupos:

a) PRUEBAS DE PROTOTIPO.

Las Pruebas de Prototipo son las que se realizan a diseos nuevos y tienen por finalidad, cumplircon los valores establecidos en las normas que se aplican y/o especificaciones bajo las cualesfueron fabricados los equipos. En estas pruebas entran en funcin tanto los materiales utilizadospara su fabricacin como los criterios de diseo considerados.

Las Pruebas de Prototipo incluyen las pruebas de rutina.

b) PRUEBAS DE RUTINA.

Son pruebas que deben efectuarse a cada uno de los equipos, conforme a mtodos establecidosen las normas correspondientes, para verificar la calidad del producto y que estn dentro de losvalores permitidos. Estas pruebas son las que determinan la aceptacin o rechazo de los equipos.

c) PRUEBAS OPCIONALES.

Estas pruebas son las que se realizan a los equipos, conjuntamente entre el fabricante y usuario afin de determinar algunas caractersticas particulares del equipo

2.2.1 BREVE DESCRIPCIN DE ALGUNAS PRUEBAS DE FBRICA.

Dentro de las ms importantes, se pueden citar las siguientes:

a) PRUEBA DE IMPULSO POR RAYO.

Consiste en simular en el Laboratorio las condiciones de falla provocadas por descargasatmosfricas en los equipos.


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Esta prueba se realiza aplicando al equipo impulsos de onda positiva o negativa, de acuerdo alnivel bsico de impulso para cada tensin, en condiciones estndar y de acuerdo a las normasindicadas en las especificaciones.

La curva caracterstica que se asemeja a las condiciones de una descarga atmosfrica, es aquellaque obtiene su mximo valor de tensin en un tiempo de 1.2 microsegundos y decrece al 50% delvalor de tensin en un tiempo de 50 microsegundos, a esta curva se le llama onda completa, verfigura 2.2.1.

b) PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO.

Consiste en aplicar al equipo una tensin a la frecuencia de operacin del sistema, cuyo valorvara de acuerdo a lo indicado en la norma correspondiente para cada nivel de tensin (del 180%al 300% de la tensin nominal), su duracin es de un minuto.

c) PRUEBA DE DESCARGAS PARCIALES.

Esta determina la calidad del aislamiento, es til para detectar porosidades, grietas, burbujas deaire, etc. en el interior de un aislamiento slido. El resultado de esta prueba est dado enpicocoulombs.

d) PRUEBA DE ELEVACIN DE TEMPERATURA.

Sirve para verificar que los equipos cumplan con la capacidad de diseo, sin rebasar los lmites detemperatura establecidos por las normas correspondientes.


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e) PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO.

El objetivo es verificar la resistencia del aislamiento entre diferentes partes de un equipo. Comopor ejemplo, para transformadores de potencia: entre espiras, entre secciones, entre capas, etc. y

el aislamiento de estas partes a tierra que no fueron probadas durante la prueba de potencialaplicado. La prueba consiste en inducir al devanado el 200% de su tensin nominal, por un tiempo,que depender de la frecuencia utilizada, la cul es modificada para no saturar el ncleo.

La referencia de sta prueba es aplicar la tensin a 7200 ciclos en un segundo; como no es posiblecontar con un generador de esa frecuencia, en la prctica, el tiempo de prueba se obtienedividiendo los 7200 Hz entre la frecuencia que produzca el generador de inducido con que cuentecada fbrica, por ejemplo, para un generador de 240 Hz el tiempo ser de 30 segundos.

Adems de las pruebas mencionadas, existen otras como:

Corto circuito, corriente sostenida de corta duracin, resistencia hmica, etc.

2.3 PRUEBAS DE CAMPO.

Se efectan a los equipos que se encuentran en operacin o en proceso de puesta en servicio yse consideran de la siguiente manera:

a) Recepcin y/o Verificacin.

b) Puesta en Servicio.

c) Mantenimiento.

a) RECEPCIN Y/O VERIFICACIN.

Se realizan a todo el equipo nuevo o reparado, considerando las condiciones de traslado;efectuando primeramente una inspeccin detallada de cada una de sus partes; para el caso de lostransformadores de potencia se debe considerar una revisin interna de sus devanados.

b) PUESTA EN SERVICIO.

Se realizan a cada uno de los equipos en campo despus de haber ser sido: instalados, ajustados,secados, etc., con la finalidad de verificar sus condiciones para decidir su entrada en operacin.

c) MANTENIMIENTO.

Se efectan peridicamente conforme a programas y a criterios de mantenimiento elegidos y

condiciones operativas del equipo.


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CAPITULO 3

MANTENIMIENTO A INTERRUPTORES DE POTENCIA3.1 REQUISITOS PARA EL MANTENIMIENTO

Las principales consideraciones dentro del mantenimiento deben ser los cuatro puntos siguientes:

A).- ESTABLECER CRITERIOS DE MANTENIMIENTO:

Es necesario tomar en cuenta los KA acumulados de maniobras, nmero de operaciones, tiempo deservicio, ubicacin dentro de la red y condiciones ambientales.

B).- HISTORIAL DEL INTERRUPTOR.

Se requiere contar con un historial que desde la puesta en servicio contenga registros quecronolgicamente nos permitan conocer los antecedentes de montaje o ensamble, inspeccionesrutinarias peridicas, pruebas dielctricas y mecnicas iniciales de operacin, pruebas queperidicamente se realizan de acuerdo a los criterios establecidos para su conservacin, anlisis quepermitan conocer las tendencias de su desempeo e historial de los mantenimientos correctivos queha necesitado, as como las mejoras que se hayan implementado para su actualizacin.

C).- EJECUCIN DE LOS PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO.

Con el conocimiento de las condiciones del equipo y su requerimiento de mantenimiento as como delhistorial que se tenga a mano se determinarn las necesidades de materiales, herramienta y equipospara la ejecucin de las actividades contenidas en el manual por sistemas de crditos desubestaciones y en cumplimiento a los procedimientos normalizados.

D).- CARACTERSTICAS DEL PERSONAL DE MANTENIMIENTO

El personal responsable de la ejecucin del mantenimiento y pruebas deber cumplir con el perfil decapacitacin y la experiencia que se requiere para desarrollar en forma segura y confiable estastareas; cumpliendo con las disposiciones en materia de seguridad y salud en el trabajo, yconservacin del medio ambiente.

3.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

Las actividades que debe contener esta tarea preventiva es esencialmente mantener el equipo encondiciones que permitan operarlo segura y confiablemente para asegurar el cumplimiento de los

indicadores de disponibilidad y continuidad en el servicio

3.2.1 EJECUCION DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Para programar y especificar que mantenimiento requiere un interruptor, se divide en tres partesfundamentalmente que son:

1. Cmaras de extincin y columnas polares.


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2. Sistema de accionamiento y acumuladores de energa.3. Gabinetes de control.

Aunque estos tres subconjuntos funcionan integralmente, para la programacin del mantenimiento de

cada uno o en su conjunto, es necesario considerar que existen aspectos que marcan diferencias enla determinacin de la periodicidad en el ejercicio de actividades tales como, inspecciones y trabajosrutinarios, pruebas dielctricas y mecnicas y que dependen de: La exposicin al medio ambiente, ladiferencia de los esfuerzos elctricos y mecnicos a que estn sujetos, y la calidad de los diferentesmateriales que los conforman.

A continuacin se relacionan las actividades que son estrictamente preventivas y que se ejecutan paracada de una de las partes y que como se menciono anteriormente su periodicidad puede variar deacuerdo a la especificidad del equipo y las condiciones ambientales de la instalacin:

CMARAS DE EXTINCIN Y COLUMNAS POLARES:

Inspecciones fsicas rutinarias. Lavado de aislamiento. Aplicacin de pintura a partes metlicas. Prueba dielctricas y qumicas del medio aislante y de extincin. Verificacin de los valores de resistencia de contactos. Pruebas de sincronismo y tiempos de operacin de los contactos principales y de las

resistencias de preinsercin. Verificacin de valores de capacitancias de los capacitores de gradiente. Monitoreo para la identificacin de puntos calientes.

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO Y ACUMULADORES DE ENERGA.

Inspecciones fsicas rutinarias. Trabajos rutinarios dependiendo del tipo de accionamiento.

Pruebas de sincronismo y tiempos de operacin.

GABINETES DE CONTROL.

Inspeccin fsica rutinaria. Trabajos rutinarios dependiendo del tipo de interruptor. Verificacin de los esquemas de control, proteccin y operacin propios.

3.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO.

Este tipo de mantenimiento su principal caracterstica es que no se programa y se presenta cuando:

El equipo ha estado sujeto a un mantenimiento preventivo incorrecto o faltante y por lo tanto dicho

equipo pierde una o ms funciones operativas que requieren restablecerse mediante la aplicacin deeste mantenimiento emergente.

El equipo durante su operacin fue sometido a esfuerzos que rebasaron sus capacidades nominalesque originaron la prdida de su confiabilidad o en determinado momento la falla de algn componenteo funcin, y por lo tanto requiere se aplique una accin correctiva para restablecer su operatividad.

El equipo est operando bajo una condicin insegura que se ha determinado mediante experienciasque se tienen con equipos o condiciones similares recientes y que por lo tanto requieren de recursos


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no programados y en ocasiones emergentes para solventar los riesgos latentes en la instalacin.

3.3.1 EJECUCION DEL MANTENIMIENTO CORRECTIVO

A continuacin se relacionan las actividades que pueden programarse pero que corresponden aacciones correctivas que dependen de la evaluacin y anlisis que nos resulta del mantenimientopreventivo y que tambin puede variar de acuerdo a la especificidad del equipo y las condicionesambientales de la instalacin:

CMARAS DE EXTINCIN Y COLUMNAS POLARES:

Reapriete de tortillera y/o sustitucin de los mismos, en los puntos de conexin. Mantenimiento mayor (Verificacin y/o sustitucin de aislamientos, tornillera,

empaquetaduras, componentes internos de las cmaras, capacitores, resistencias depreinsercin y barra de maniobra.)

Sustitucin del medio aislante o regeneracin del mismo.

SISTEMA DE ACCIONAMIENTO Y ACUMULADORES DE ENERGA.

Verificacin y/o sustitucin de partes en compresores, bombas, reductores de velocidad. Mantenimiento mayor (Verificacin y/o sustitucin de empaquetaduras, filtros, secadores,

pistones, retenes, vlvulas, electrovlvulas, partes mecnicas auxiliares, ducterias)

GABINETES DE CONTROL.

Verificacin y/o sustitucin de los dispositivos auxiliares electromecnicos del sistema deaccionamiento.

Mantenimiento mayor (Verificacin y/o sustitucin de contactores, contactos auxiliares,densmetros, manmetros, tablillas terminales, cableados, empaquetaduras, tornillera)


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3.4 EQUIPO DE PRUEBA PARA LA EJECUCION DE LAS PRUEBAS DECAMPO

FIGURA 3.4.1

NOMBRE DEL EQUIPO: PROBADOR DE SINCRONISMO SIMULTANIEDAD DE CONTACTOS

MODELO: TM 1600

MARCA: PROGRAMMA.

NUMERO DE SERIE: 1502161.


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FIGURA 3.4.2

NOMBRE DEL EQUIPO: EQUIPO DE PRUEBA FACTOR DE POTENCIA.

MODELO: M2H

MARCA: DOBLE

NUMERO DE SERIE: CTO 801


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FIGURA 3.4.3

NOMBRE DEL EQUIPO: FACTOR DE POTENCIA M4100.

MODELO: M4100 INSTRUMENT

MARCA: DOBLE.



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FIGURA 3.4.4

NOMBRE DEL EQUIPO: FACTOR DE POTENCIA.

MODELO: DELTA 2000

MARCA: MEGGER



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FIGURA 3.4.5

MEDIDOR DE RESISTENCIA DE AILAMIEMTO.

MARCA: MEGGER.

MODELO: S1-554/2

NUMERO DE SERIE: 1000-390/091109/1029.


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FIGURA 3.4.6

NOMBRE DEL EQUIPO: PROBADOR DE RESISTENCIAS DE CONTACTATOS

MODELO: MOM200A.

MARCA: PROGRAMMA.

NUMERO DE SERIE: 1771183


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FIGURA 3.4.7

NOMBRE DEL EQUIPO: PROBADOR DE RESISTENCIAS DE CONTACTATOS

MODELO: DMOM-200

MARCA: VANGUARD.



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FIGURA 3.4.8

NOMBRE DEL EQUIPO: EQUIPO DE RIGIDEZ DIELECTRICA.

MODELO: OTS609SX

MARCA: MEGGER AVO

NUMERO DE SERIE: 64108570208021544


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FIGURA 3.4.9

NOMBRE DEL EQUIPO: EQUIPO AUXILIAR DEL F.P PARA PRUEBAS DE ACEITE

MODELO: 9962

MARCA: MEGGER



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FIGURA 3.4.10

ANALIZADOR DE GAS SF6.

MODELO: TFGA-P200.

MARCA: MORGAN SCHAFFERSXSTEMS.



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FIGURA 3.4.11

ANALIZADOR DE GASES SF6.

MARCA: DILO.

MODELO: 3-027-R002.



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FIGURA 3.4.12

MEDIDOR DE PUNTO DE ROCIO.

MARCA: DILO.

MODELO: 3-037-R001-



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CAPITULO 4

TEORIA DE PRUEBAS DE CAMPO A INTERRUPTORES DEPOTENCIA

4.1 PRUEBA DE SINCRONISMO Y TIEMPOS DE OPERACIN DEINTERRUPTORES

4.1.1 OBJETIVO

El objetivo de esta prueba es analizar el desempeo del interruptor en funcin de la determinacinde los tiempos de operacin, en sus diferentes formas de maniobra, as como la verificacin del

sincronismo de sus tres polos y de los contactos de un mismo polo.

Adems de las pruebas anteriores, cuando aplique, tambin se debe verificar el estado de loscapacitores de mando y de las resistencias de preinsercin, entre otras.

Lo anterior permite comprobar si estas caractersticas se mantienen durante su operacin,dentro de los lmites establecidos por las normas.

Estas comprobaciones debern efectuarse en forma peridica a todos los interruptores depotencia, de acuerdo con lo establecido en los manuales del fabricante y del Manual demantenimiento de Subestaciones por sistemas de crditos.

4.1.2 DEFINICIONES

A fin de uniformizar conceptos entre el personal a cargo de la ejecucin y anlisis de las pruebasde tiempo de operacin y sincronismo de contactos en interruptores,

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